DE1914317A1 - Verfahren zur Herstellung eines als Verbundstoff ausgebildeten Halbfertigerzeugnisses - Google Patents

Description

Genäse der Erfindung werden längliche Teilchen oder Whisker aus hochfeste» Material mit Abmessungen im Hikronbereicfc in einer Flüssigkeit niedriger Viskosität ■it einer gegenüber den Teilchen unterschiedlichen Bielek trißitätekonetanten suspendiert. Ein an die Flüssigkeit gelegtes elektrieohes PeId bewirkt, dass sich die Teilchen polarisieren und in dem Feld ausrichten. Eine Attune foil· aus Matrixmaterial wird durch die Flüssigkeit la Querrichtung bu de as elektrischen Feld bewegt. Si« Teilchen βablegen eich auf der Matrix ale gleichförsife Sohicht eit einer iß Hikronbereioh liegenden Dicke nieder, ¥®liei Sit Teilclien parallel sueinander orientiert al««·

- 2 -■Ausführliche Beechreibuag

!Die Erfindung betrifft die Herstellung, voss ec-Ieee©-Yerteia©ä<= stoffen· bei denen Faaern oder Whisker »it &i*K»©euisg©s :,:,: Mikronbereich aus hochfestes Material ie, ®ίκ® Metrik ®wq Ket«rial von geringerer Festigkeit eingegliedert wer&esio See hlerstts entstehende Verbund**T,erla; verbindet die heko festigkeit der Fesern oder Whisker mit 6e& gültigen Eige.. schäften des Mstrlxaeteriels» welche betepis-lsweise in hohen Verhält ei β τοπ festigir#it sn Dichte oder Ib eines hohen Sohaelsponkt liegen k

Der grundlegende Gedanke bei Yarbundetoffee besteht in äez Slnbettung eines hohe Festigkeit aufweisenden Materials in eine veichert Matrix. Allgemein verwendete Stoffe von hoher Festigkeit sind Faeeru, Whisker oder stetige polykristalline Fäden. Eine Festsr ist als längliches Teilchen ait eines Durchmesser ie Mi!:ronbereich definiert_t wobei ein Verhältnis von Länge *u Burchaesser von mehr als 10 su 1 erreicht wird. Das Fasersaterial !azssnichtkrietallin, eiakristellin oder polykriutallin sein. Bin Faden unterscheidet sich von einer Faser darin, dass sein absoluter Durchmesser on eine Grusse.iordnung höher als derjenige einer Faser liegt.

Bin Whisker ist definitionsgesgee eins einseine Kristallfaser alt einest hohen Grad an kristalliner Vollendung, der zu deren ultrahohen Festigkeitswerten (mehr sis TxIO kp/cm beiträgt, Vhiaker sind auf Grund der Art ihres Wachstums kurSf und ihre Querschnitte liegen im Mikronbereich, während ihr Verhältnie von Länge zu Durchmesser üblicherweise von etwa 200 bis 10 000 reicht. Die Matrix ist ein Netall oder ein keramisches oder plastisches Material. Deβ Grundprinsip fttr die Feeer- oder Whiske^rersilrkung liegt in folgendem} Faser oder Whisker »it längen gx&esw als ein·

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kritischer Längenwert, welche auf die angewandten Belastungen richtig eingestellt sind und eine angemessene Konzentration besitzen, verteilen die Last Über das Ver~ bundmaterial wirksamer. Die Verstärkung der Matrix wird durch Übertragung der Scherbeiaatungen zwischen der Matrix und den WhiBkern ersielt. Die Belastung auf das zusammengesetzte Material wird folglich zwischen benachbarten Whiskern oder Fasern durch die Verbindung mit der Matrix übertragen. Die grundsätzliche Rolle der Matrix liegt in derjenigen eines .Bindemittels für die Fasern und Whisker eowie eines Mittels zur Übertragung von Belastung von einem Whisker oder einer Faser zu der nächsten unter irgendwelchen hierauf wirkenden Belastungszuständen.

Kormalerweise weiden optimale physikalische Eigenschaften in dem Verbundstoff erzielt, wenn die Fasern in der Matrix parallel zueinander ausgerichtet sind. Bisher wurde die Auerichtung der Whisker durch deren Beschichtung mit einem magnetischen Material, beispielsweise Nickel, und Einbringung der beschichteten Whisker in ein Magnetfeld erzielt. Die ausgerichteten Whisker bilden eine Matte mit einer Gesantdicke entsprechend einem Vielfachen der Dicke eines einzelnen Whiskers. Das Matrixmaterial, beispielsweise geschmolzenes Aluminium,- wird alsdann über die Matte fliessengelaesen, um die Zwischenräume auszufüllen und die Whisker miteinander isu verbinden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es ziemlich schwierig ist, die Whisker mit einem Magnetfeld in Ausrichtung zu bringen. Ferner führt dieses Verfahren nicht ohne weiteres sehr leicht zu einer kontinuierlichen Massenherstellung von zusammengesetzten Bahnen grosser Abmessung und verschiedener Formen.

Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, einen losen Schlamm aus Aluminiumpulver und Siliziumkarbidwhiskern zu mischen und alsdann den Schlamm durch eine feine Düse mit

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einem geringeren Durchmesser als die länge der Whisker zu drücken, um die Whisker in der Strömungsrichtung zu verdichten. Das ausgepresste zusammengesetzte Material wird alsdann gesintert, um die Whisker Bit der Aluainiummatrix EU Tereinigen. Dieses Verfahren bedingt wiederum eine Beschränkung dee fertiggestellten zusammengesetzten Gegenatandee auf kleine Abmessungen und ein« begrenzte Formgebung.

Die erwähnten Nachteile nach dem Stand der Technik werden durch das erfindungegemäase Verfahren beseitigt, welches die Herstellung von Verbundgegenständen in verschiedenen Abmessungen und verschiedener Formgebung ermöglicht und eine leichte Anwendung von zur stetigen Massenproduktion geeigneten Verfahren ermöglicht. Fasern oder Whisker mit im Mikronbereich liegenden Abmessungen werden hierbei in einer FlÜssigkeitelösung suspendiert und einem elektrischen Feld ausgesetzt» um die Fasern in Richtungen parallel zu dem Feld einzustellen. Bin dünnes Blatt oder ein dünner Draht des Matrixmaterials wird stetig durch die Lösung in Querrichtung zu den elektrischen Feld und den ausgerichteten Fasern bewegt. Die Fasern setzen sich im wesentlichen gleichförmig auf der sich bewegenden Bahn oder dem Draht als Schicht mit im Mikronbereich liegenden Abmessungen ab, vobei die Fasern im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.

Bin Verbundgegenstand von irgendeiner gewünschten Dicke kann hergestellt werden, indem Vielfachsohichten aus faserbeschichteten Bahnen oder Drähten gestapelt und die Bahnen in eine einetückige Struktur vereinigt werden, und zwar im Falle von Metallen durch Diffuaionsverbindung und la Falle von Plastikstoffen durch Anwendung von Polymerisetione- oder Thermoplastifieierungsverfahren.

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Sie Erfindung let nachstehend anhand der Selchnungen näher erläutert* Ea zeigen:

Jig. 1 «in Auaführungabelapiel einer Vorrichtung cur Durchführung dee erfindungsgsmässen Verfahrens In Anwendung «of die Beschichtung dünner Materialbahnen mit ausgerichteten fasern in Vertikalaohnitt sowie in sehe-■etlecher Darstellung,

flg. 2 einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 in perspek tivischer Darstellung,

Flg. 3 einen faeerrerstärkten, einstückig ausgebildeten , durch Lamellierung vieler Matrixbahnen und Faserstoffe gebildeten Gegenstand, dessen Bahnen nach dem erfindungsgemässen Verfehren hergestellt wurden, im Schnitt länge eu den Fasern sowie in vergrösserter Darstellung,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3»

FIf. 5 einen Schritt bei dem Verfahren der Beschichtung •lner Drahtaatrix mit Fasern in Draufsicht,

Fig. 6 «ine Vielfalt von faserbeschichteten Drähten vor den Verbinden in Stirnansicht,

Flg. 7 tine aua der Verbindung der faserbeschichteten Drähte naoh Fig. 6 gebildete einstückig^ Struktur im Schnitt.

Die Vorrichtung nach Flg. 1 umfasst einen Speicherbehälter 10, welcher els@n unteren Teil 12, einen mittleren Teil 14 und «lncEt oberen Teil 16 umfasst. Der Speicherbehälter nimari eine leichte Suapension 17 aus Fasern mit Abmessungen

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la Mikronbereich auf. Die Pasern sind vorzugsweise einzelne Kriatallfasern, beispielsweise aus Siliaiumkarbid, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid, die allgemein als Whisker bekannt elnd. Im Querschnitt stellen die Kristalle drei, vier, sechs- oder noch mehr Seiten aufweisende Polygonalzylinder dar, deren Durchmesser von 0,3 bis 3 Mikron beträgt. Der Durchmesser der Kristalle kann als der Durchmesser des Kreises betrachtet werden, der tangential zu den Seiten des Polygonaleylinders gezeichnet ist, welcher den Querschnitt des Kristalls bestimmt« Die Kristalle weisen UbIioherweise eine Länge von 100 bis 200 Mikron auf. Zur Ver-Wendung als Verstärkungselemente sollten sie ein Verhältnis der Länge sum Durchmesser von zumindest 10:1 aufweisen*

Die Lösung, in weicher die Fasern suspendiert sind, kann eine polare oder nichtpolare Flüssigkeit sein,. Amylazetat ist ein Beispiel einer polaren Flüssigkeit, während Benzen und Toluen Beispiele für nichtpolare Flüssigkeiten sind, die als Suspendierungsmedien geeignet sind. Das Suopendierungsmedium weist vorzugsweise geringe Viskosität auf. so daes sich die Fasern darin frei bewegen können

Bin magnetischer Rührer oder Rotor 16 umfasst einen magne -tischen Ruhrstab 19 in dem unteren Abschnitt 12„ Der magnetische RUhrstab 19 ist durch einen ü-förmigen Magnet 21 betätigt, der sieh unterhalb des Speicherbehälter 10 befindet und von einem Motor 23 angetrieben wird. Eine Drehung des Magneten 21 durch den Motor 23 bewirkt, dass ■ich der Rührstab 19 dreht. Wenn der Rührntab 19 gedreht wird, übt er auf dio Fasern eine nach oben gerichtete Anhebebewegung aus und bewirkt., dass diese durch ein Wabonneta 20 aus Glas- oder Plaetikröhren oder dergleichen in dem Zwischenteil U verlaufen. Die Fasern treten aus dem Wabennetz aus und strömen in den oberen Teil 16 in im wesentlichen vertikalen Bahnen.

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In dem oberen Teil 16 werden die Fasern einem elektrischen Feld ausgesetzt, um sich über ihre Längsdintension parallel zueinander einzustellen. Das elektrische Feld wird zwischen einem Paar in Abstand befindlicher paralleler rechteckiger Elektroden 22, 24 ersaugt, die vertikal in dem oberen Teil 16 angeordnet sind. Das elektrische Feld umfasst parallel zueinander verlaufende Kraftlinien 26.

Eine Weeheelβpannung 26 ist «it einer Seite an die eine Elektrode 24 angeschlossene Die andere Seite der Wechselspannung liegt an der Habe einer Metallwalze 30, über welche ein-kontinuierlicher Streifen oder eine kontinuierliche Folie aus Matrixmaterial 32 von einer Holle 34- vorgeschoben wird, die auf eine Aufnähmet! pule 36 gewickelt ist. Eine Aufnahme 8 pule 38, welche langsam durch einen kleinen (nicht gezeigten) Motor getrieben wird, wickelt das Matrixmaterial nach »einer Beschichtung in noch zu beschreibender W.-iise auf ο

Von der Spule 36 ausgehend durchläuft das Matrixmaterial 32 d«n Weg Über der Metallwalze 30, von wo sie in die Flüssigsuspension 17 hinab verläuft, alsdann unter zwei Walzen 40, 42 in den Bodenteil des oberen Teils 16, alsdann vertikel nach oben in Berührung Bit der Innenfläche der Elektrode 22, sodann aus dem Behälter 10 über eine Walze 44, über einige kleinere Waisen 46 sowie auf die Aufnahmespule 38. Die Spulen 36, 33< die Metallwalze 30 sowie die Walzen 44, 46 sind an einem Lagergestell 48 angebracht.. Eine Beheieungseinrichtung 49 kann vorgesehen sein, um das faserbeschichtete Matrixmaterial 32 zu trocknen, wenn es den Bereich zwischen der Walze 44 und der Aufnahmespule 38 durchläuft.

Das Matrixmaterial 32 kann ein Metall mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Dichte sein, beispielsweise Alum·- minium, Titan oder dergleichen oder eine leichte Metallegierung von ähnlichen Eigenschaften« Die Erfindung ist auch

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anwendbar zur Verstärkung von Matrixstoffen mit anderen günstigen Eigenschaften Beispielsweise besitzen Columbium und Tantal hohe Schmelztemperaturen; Nickel weist eine gute Oxidetlonebeetlndigkeit auf. Somit besitzt das aus dem Matrixmaterial und Fasern oder Whlskern zusammengesetzte Material die günstigen Eigenschaften des Matrixmaterials in Verbindung mit der hohen Festigkeit der Pasern oder Whisker.

Venn eine Seite der Wechselspannung 28 an die Metallwalze 30 angeschlossen wird, ao erfolgt ein Anschluss an das Matrixmaterial 32 durch den physikalischen Kontakt der Metallwalze 30. Diese gleiche Seite der Spannung 28 liegt auch an der Elektrode 22 durch die physikalische Berührung zwischen der Elektrode 22 und dem Matrixmaterial 32..

In Fällen, wo ein nichtleitendes Matrixmaterial 32, beispieleweise ein Plastikoaterial oder ein organisches Polymer, ▼erwendet werden soll, kann die Spannung 28 unmittelbar an die Elektrode/statt an die Walze 30 angeschlossen werden. In diesem Fall braucht die Walze 30 nicht aus Metall oder anderem elektrisch leitenden Material gefertigt r.u sein, Die Elektrode 22 ist an ihren oberen und unteren Teilen glatt gekrUamt, um jegliche Beschädigung des Matrixmaterials 32 auf Grund scharfer Kanten zu vermeiden.

In Verbindung mit Fig. 2 ist beschrieben, wie die Fasern zum Absetzen auf dem Mat rixroateril 32 längs paralleler Geraden gebracht werden können. Die Fasern, veranschaulicht durch die Bezugsziffer 50, sind in der Ilüseigsuapension 17 Im wesentlichen parallel zueinandei und senkrecht zu den Flächen der Elektroden 22, 24 ausgerichtet. Die Ausrichtung der Fasern 50 erfolgt längs der Kraftlinien des elektrischen Feldes, die zwischen den Elektroden 22, 24 vorliegen» Dem

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unbewaffneten Auge erscheinen die Fasern 50 als lange fäden. Tatsächlich liegt ein gewisses Masa an Bündelungen und Überlappung vor, welches bewirkt, dass die Fasern 50 ■ich lose in Richtung der Einstellung angliedern und fadenartig· Ketten bilden.

Die Anlegung einer Wechselspannung an die Elektroden 22, 24 erzeugt theoretisch ein elektrisches Wechselfeld in der FlUssigsuspension 17 zwischen den Elektroden 22, 24. Während einer Halbwelle einer bestimmten Folung werden die Fasern 50 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem elektrischen FtId polarisiert. Je grosser die Differenz der Dielektrizitätskonstanten zwischen den Fasern und Flüssigkeit ist, desto stärker wird die Folarlsierung der Fasern. Da die Fasern 50 sich in der Flussigsuspension zu bewegen vermögen, •teilen sie sich parallel zu dem elektrischen Feld ein* Wenn das elektrische Feld eelne Folung während der nächsten Halbwolle umkehrt, trifft die· auch für die Folarisierung der Fasern 50 su, so dass diese in der gleichen Stellung mit des elektrischen Feld ausgerichtet fest verbleiben.

Wenn da« elektrische Feld ein Gleichspannungs- und kein Vecheelspannungsfeld ist, erhält man eine ähnliche Ausrichtung der Fasern 50, wobei ein Unterschied darin liegt, dass kein· FolungBumkehr des elektrischen Feldes in der Flüssigkeit oder den polarisierten Fasern 50 erfolgt. Der weaentllohe Grund zur bevorzugten Anwendung eines Wechselfeldee gegenüber einem Gleichfeld liegt in der Verhinderung einer Störung de· Absetzens der Fasern 50 auf dein Matrizmaterial 32 durch das Vorliegen irgendwelcher in der Suspension vorhandener permanenter Ionen, Durch Wechseln des Spannungspotentiale der Elektroden 22, 24 besitzen die permanenten Ionen keine Vorzugeriehtung, in welche sie wandern*

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Während die Fasern in der Lösung bei angelegtem elektrischen Feld suspendiert werden, erfolgt deren Polarisierung und Ausrichtung in der oben beschriebenen Weise. Ia polarisierten Zustand werden die Fasern in dichter Ende-an-Endelachbarschaft zueinander den Kräften des elektroetatschen Feldes auBgesetet, welche das Bestreben zeigen, entgegengesetst geladen· Pole dieser Fasern anzuziehen. Biese elektrostatischen Kräfte sind vermutlieh für die Bildung von Fäden der angegliederten Fasern in der Fliissigsuspensioa verantwortlich·

^ In der lachbarschaft des Katrlxmaterials 32 gelangen einige der Fasern, die aneinander angegliedert sind oder auch nicht, in Berührung alt dem Matrixmaterial 32, sei es durch elektrische Ansiehung daran oder durch die Wirkung der Oberflächenspannung an des Flussigkeitaaeniekus nahe dem Matrixmaterial 32. Wahrscheinlich sind die elektrische Anziehung oder die Oberflächenspannkräfte allein ausreichend, um zu erreichen, das· sieb die Fasern 50 selbst an die Folie des Matrixmaterials 32 anlagern. TJa die Anlagerung der Fasern 50 an die Folie su erleichtern, iet jedoch eine geringe Menge an löslich·« Bind·- oder Klebemittel, beispielsweise Nitrozellulose oder Polybutadien, in die Flüssigeuepenaion 17 eingebracht. Das Bindeaittel beschichtet sowohl die Fasern 50

f als auch die Folie des Matrixmaterial 32. Die Enden der ausgerichteten Fasern 50 lagern sich selbst an die Folie Über ihr· gesamte eingetauchte Länge an. Wenn sich die Folio aus der Flüssigauspension 17 bewegt, hängen die Fasern 50, welch· durch die IlUseigkeitsoberflache brechen, an der Foil· und hängen sich durch die Oberflächenkräfte vertikal an die Folie, so dass die gewünschte parallele Ausrichtung sichergestellt wird. Sie auf der Folie niedergeschlagenen Fasern 50 sind im linken Teil von Fig.. 2 veranschaulicht.

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Die faserbeschichtete Folie bewegt eich durch den Trocknungsbereich der Beheizungseinrichtung 49, wo daa Lösungsmittel verdampft und das Bindemittel verfeetigt wird.

Die Paaern 50 werden auf der Folie des Matrixmaterial 352 als Schicht mit Abmessungen im Mikronbereich abgesetzt. Einige der Fasern legen eich als Klumpen zu drei oder vier Fasern an, während andere sich einzeln absetzen. Einige der Fasern sind Ende an Ende gleich Fäden angegliedert, während andere nicht miteinander verbunden sind. Wenn jedoch ein Querschnitt an irgendeinem Punkt über die Breite der Folie hergestellt wird, schneidet dieser eine grosse Anzahl der Fasern 50.

Es wird erwartet, dass beim Vorliegen eines ungleichförmigen elektrischen Feldes in der Flüssigsuspension 1? sowie bei gegenüber der Flüssigkeit, in welcher die Fasern 50 suspendiert sind, unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante eine stärkere elektrostatische Kraft auf die polarisierten Fasern 50 ausgeübt wird, welche das Bestreben zur Anziehung der Fasern und deren Bewegung gegen die eine oder andere Elektrode hat. Je grosser die Dielektrizitätskonstante der Fasern 50, desto grosser die Anziehungskraft Wenn die Dielektrizitätskonstante der Fasern 50 grosser als diejenige der Flüssigkeit ist, werden die Fasern 50 zu der Elektrode mit der höheren Konzentration der elektrostatischen Feldlinien angesogen. Wenn die Dielektrizitätskonstante der Fasern 50 geringer als diejenige der Flüssigkeit ist, streben die Fasern gegen die Elektrode, wo die Felddichte geringer ist* Ein ungleichförmiges elektrisches Feld kann erzeugt werden, indem eine der Elektroden, beispielsweise die Elektrode 22, schmaler als die andere Elektrode, beispielsweise die Elektrode 24, gemacht wirdc In diesem Fall werden die Fasern 50 gegen die schmalere Elektrode 22 angezogen, wenn die Dielektrizitätskonstante der Fasern 50 grosser als diejenige der Flüssigkeit ist.

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Während die Elektrode 22 nächst der Folie nicht eo breit wie die andere Elektrode 24 zu sein braucht und auf den ersten Blick als überflüssig erscheinen könnte, strebt die Elektrode 22 wegen der Teile, die über die Kanten der folie des Matrixmaterialβ 32 hinausragen, nach einer Begnadigung der elektrostatischen Feldlinien an den Kanten der Folie und stellt weiter sicher, dass die Fasern 50 in den Kantenbereichen der Folie im wesentlichen parallel zu den Fasern 50 in den Zentralbereichen der Foil· ausgerichtet sind,,.

OeaJUs einer in Betrieb genommenen Ausführungform wurde •lae Rolle aus Aluminiumfolie mit i, 1x10 mm Dicke und 75 mm Breite mit einer Geschwindigkeit von etwa 8.5 nun pro Sekunde durch eine Flüssigsuepeneion aus Siliziumkarbidfaaern bewegt. Die Lösung bestand aus Amylazetat mit 0,1 ßewichtspromille lackartigern Nitrozellulose-Bindematerial (verkauft unter dem Warenzeichen Pyroxilin von der Firma DuPont), Die Elektroden 22, 24 waren I50 mm breit und 50 mm tief in der Lösung; der Abstand betrug 75 nun, Die an die Elektroden 22, 24 gelegte Wechselspannung betrug 4000 V., Wenn ein nichtleitendes Matrixmaterial verwendet wird, beispielsweise Plaetikmaterial, ist das Verhalten der abzusetzenden Fasern Ähnlich wie oben beschrieben. Die Spannung wird jedoch in diesem Fall unmittelbar an beide Elektroden 22, 24 angelegte Das elektrische Feld verläuft durch die nichtleitende Matrix, und die Fasern werden in gleicher Weise abgesetzt. In diesem Fall ist ein Bindemittel vielleicht wesentlich, Glasfasern oder dergleichen können anstelle der aus Siliziumkarbid bestehenden Whisker verwendet werden_o Faserbeschichtete Folien aus Matrixmaterial können in viele Lagen lamelliert werden, um eine ■tarre einstückige Struktur von irgendeiner gewünschten Dicke Bu eriielen. Der Vorgang der Vereinigung einer Vielfalt von faserbeechichteten Bahnen oder Drähten in eine

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einstttckige Struktur iat Gegenstand eines nicht zum Stande der Technik gehörigen Vorschlags« Ein Teil einea derartigen Gegenstandes ist in Figo 3, 4 veranschaulicht, wobei Fig. 3 einen Schnitt quer zu der Breite der Lamellen daretellt, während Fig. 4 einen Längsschnitt zeigt,

Es können irgendwelche bekannten Verfahren zur Herstellung lameliierter Strukturen verwendet werden. Zur Lamellierung faserbtschichteter Metallfolien kann beispielsweise eine Diffusionsverbindung einechliesslich Heisswalzen verwendet werden. Zur Laaellierung faserbeschichteter Plastikfilme können solche Verbindungsverfahren eine Polymerisation oder Thermoplaetifieierung umfassen_P

Bin Verfahren der Diffusionsverbindung wurde verwendet, üb 120-580 Schichten aus Aluminiumfolie «u lamellieren., welche mit Siliziumkarbidfasern verstärkt war. Die Schichten wurden Drücken von 70-700 kp/cm und Temperaturen von 538-650°0 über 5-10 Minuten unterworfen. Höhere Drücke sollten vermieden werden, um ein Reissen der Fasern zu vermeiden, Die verwendete Temperatur sollte höher als die halbe Schmelztemperatur des Matrixmaterials sein, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur liegen,

Während die Strukturen nach Fig. 3, 4 durch Diffusionsverbindung vieler Schichten aua faserbesohichteten Bahnen hergestellt wurden, sei darauf hingewiesen, dass die Lamellengrenzen oder Zwischenflächen zwischen den Lamellenbahnen nicht klar unterscheidbar sind., Der Grund hierfür liegt darin, dass die ineinander diffundierten Matrixfolien eine einstückige Einheit aus Matrixmaterial bilden, wobei die darin eingebetteten Fasern in gut definierten Ablagerungen verteilt sind,

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Eine lamellierte Struktur ausAluminium verstärkt mit Siliziumkarbidfasern ergab Pinen Elastizitätsmodul von 2,1x10 kp/cm gegenüber 0,7x10 kp/cm für im Handel erhältliches Reinalwninium, Die Zugfestigkeit der Lamellen aus faserverstärktem Aluminium beträgt 2,1-3,,5x10 kp/cm gegenüber O_s4-0,6x10^kp/cm für im Handel erhältliches Re inaluminium _e

Mit einer Metallmatrix wird eine echte metallurgische Verbindung hergestellt; in welcher die Lamellen mechanisch und chemisch miteinander verbunden sind- Eine.derartige Verbindung ist als Klebeverbindung gekennzeichnet. Hierbei sind die Lamellen* miteinander durch Klebewirkung ohne die Einwirkung eines Zwischenbestandteils verbunden.

Die Schichten können so lamelliert sein, dasa die Fasern in den gleichen parallelen Richtungen verlaufen., In diesem Fall kann der lamellierte Gegenstand vorzugsweise in einer Richtung verstärkt sein,

Wahlweise können die Lamellen in Form von Querschichten aungebildet sein, in denen die Fasern benachbarter Schichten in Winkeln von 90°, 45° oder kleineren Winkeln zueinander orientiert sein können. In diesen Fällen kann die Verstärkung über verschiedene Winkel verteilt sein..

Gemäss Fig. 5 ist eine aus eiuem leitenden Draht bestehende Matrix 52 zentral innerhalb einer zylindrigehen Elektrode 54 angeordnet. Wenn die Drabtmatiix 52 und die zylindrische Elektrode 54 in sin ι Flüssigsuspension 17 eingesetzt werden und tin elektrisches Feld darsn angelegt wird» richten sich die Fasern 50 radial längs der Kraftlinien des elektrischen Feldes aus. Wenn die Drahtmatrix 52 von der Flüatlgeuepenaion 17 entfernt wird, setzen sich die 50 auf der Oberfläche der Drahtmatrix 52 iß ähnlicher

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Weiee wie vorangehend in Verbindung mit dem Folienmatrixaaterial 32 beschrieben ab.

Fig· 6 neigt eine Vielzahl von faserbeschichteten Drähten 52 vor de» Verbinden« fig* 7 zeigt einen zusammengesetzten Gegenstand, wie er aue der Verbindung der faserbeschichteten Drähte 52 von Yig. 6 entsteht ο Die Drähte 52 fliessen geaäss Fig. 7 in eine feste stetige Hasse aus Matrixmaterial 56 aueanoften,. wobei die Pasern 50 darin eingebettet und parallel sueinander ausgerichtet sindο Es versteht eich, dass die Drähte 52 aus Metall- oder Plaetikmatrixmaterial bestehen können. Auch die Fasern 50 können einzelne Kristallwhisker sein oder polykristallin oder nichtkristallin geaäss der vorangehenden Erläuterungen ausgebildet sein»

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Claims (1)

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Patentans prUohe

Verfahren zur Herstellung eines Halbfertigerzeugnisses mit einem aus einem ersten Stoff bestehenden Grundmaterial und einer eine Vielzahl von Abmessungen im Mikronbereich aufweisenden Teilchen eines zweiten Materials von demgegenüber unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, gekennzeichnet durch Absetzen der Teilchen (Fasern 50) auf der Unterlage als im wesentlichen gleichförmige Schicht mit einer im Mikronbereich liegenden !Dicke bei im wesentlichen parallel zueinander verlaufender Orientierung der Teilchen. .

2„. Verfahren nach Anspruch ^^ gekennzeichnet durch Suspendierung einer Vielzahl von Teilchan (Pasern 50) in einer Flüssigkeit (Suspension 17)» Anlegung eines elektrischen Feldes an die Teilchen zur Ausrichtung derselben in Richtung des Feldes, Eintauchen des Grundmaterials (Matrixmaterial 32) in die Flüssigkeit und Bewegung desselben aus der Flüssigkeit, während die Teilchen sich in Ausrichtung mit dem Feld befinden.

3=. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet.; dass die Teilchen einzelne Kristallfasern (50) umfassen.

4» Verfahren nach Anspruch 5· dadurch gekennzeichnet, dass die KristaJ.lfasern (50) aus einem Material bestehen. das aus der Gruppe Siliziumkarbid, Aluminiumoxid und Siliziumnitrid gewählt ist,,

5«. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen aus nichtkristallinem Material bestehen..

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daea die Teilchen aus polykristallinen Material bestehen.

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ORIGINAL INSPECTED

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7o Verfahret nach einem der Ansprüche 2, 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilehen aus Glasfasern bestehen,

8; Verfahren nach einem der Ansprüche 1 * 2_} dadurch gekennzeichnet, daee das Grundmaterial ein Metall ist-

9 ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2_t dadurch gekennzeichnet_? dass das Grundmaterial ein Plastikmaterial

10» Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Bindemittel in Lösung enthält.

11, Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 _r dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen auß Material von verhältnismässig hoher Festigkeit und das Grundmaterial aus einem verhältniemäasig niedrige Festigkeit aufweisenden Stoff bestehen.

12 Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante der Teilehen von derjenigen der Flüssigkeit verschieden ist und dass die Bewegung dee Grundmaterial durch die Flüssigkeit in einer Richtung quer zn dem elektrischen Feld erfolgt..

13« Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass da· elektrische Feld ein Wechsolfeld ist,-

14··. Verfahren nach einem der Anaprüche 12-13* dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld nichtgleiebföraig ist.

15· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial die Form einer Bahn,, einer Folie oder eine» Drahtes aufweist«

Für Firma THW INC.:

PAlSMIAMWÄlli

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